嚴峻的水環境問題
一個時期以來，人們對世界性的資源、環境和人口問題予以極大的關注。特別是對生態環境的惡化，許多好心的學者大聲疾呼，甚至急于希望能恢復往昔“青山常在，綠水長流”的面貌。這當然是一種良好的愿望，但愿望和現實畢竟是兩回事。這是因為：第一，自然生態系統有著自己一定的能量運動、轉換和平衡規律，人類不可能從根本上改變這種規律；第二，如果世界性的人口增長趨勢不可逆轉，人口增長對生態環境的干擾就不可避免。因為，一方面人類生存需要不斷地獲得能量維持，在生產水平不高、人口不多的情況下，向自己腳下自然土地的索取只能有很低的能量限度，而人口的增加必將超越這一限度，破壞原有的平衡。另一方面，在整個人類活動中，隨著能量的獲得和轉換，必將產生新的問題而對原有系統發生干擾。這就需要補充新的能量和建立新的生態平衡。而新能量的獲得和新的生態平衡的建立取決于一個國家和地區具有較高的經濟水平和較高的投入。
對于人們最頭疼的環境問題——水土流失來說，作為一個完整流域，上游沖刷、下游沉積造陸的規律是不可改變的；在生產水平不高的情況下，人口的增加，將加劇水土流失。如果在一定經濟水平和一定投入情況下，人類有可能在一定程度上控制和改善水土流失狀況，如將坡地改為梯田，但要恢復原來的生態環境是不可能的。
由此看來，未來的世界將是一個新的以人工生態環境為主的世界。但是，要在全世界建立和實現在新的生態環境條件下的良性循環，需要有一個和經濟發展相適應的長期過程。
自然環境經歷了漫長的發展過程，逐漸形成了一定的結構。自然環境的各結構單元之間和各組成要素之間物質和能量的交換也建立了相對的平衡狀態。但是，隨著生產的發展，科學技術水平的不斷提高，人類影響和改變自然環境的作用越來越大。大量開發地下資源；作為原料和燃料，大規模地、迅速地把地質歷史時期形成的大量惰性物質和潛在能源激發起來；人工植被代替了天然植被；新的動、植物品種大量地被培育出來；人工合成物質的品種和數量也愈來愈多，大規模改造自然的工程不斷出現……這一切，都廣泛地參加到環境的物質和能量循環之中，使環境質量發生了深刻變化，以致于影響到生物和人類的正常生活。
環境中的各個要素、各種物質組成之間都存在著物質和能量的交換和循環，也處于一種相對的平衡狀態。如果人為地改變某一要素，環境將會發生“牽一發而動全身”的反應，這種連鎖反應將使整個環境質量發生變異。就工廠排出的二氧化硫氣體來說，它污染了大氣，直接影響居民健康，使呼吸道疾病的發病率增高，也直接影響植物和動物；同時，二氧化硫隨雨、雪降落形成“酸雨”，對作物、森林、草場破壞很厲害。“酸雨”使土壤酸度增高，造成土壤中錳、鋁含量大大增加，甚至毒害一般作物，并且酸度增強不利于土壤中硝化細菌、共生和非共生的固氮細菌的活躍和繁殖，使土壤肥力降低，植物產量下降，植物的化學成分特別是含硫量也會變高，動物和人吃了這樣的植物或其產品，當然也會受一定影響。當然，“酸雨”對河流、湖泊中的生物和魚類影響也很大。例如，有關部門詳細研究過瑞典西海岸314個湖泊中有113個湖泊的pH值低于5，這使魚類受到了嚴重威脅。由此可見，這種酸性物質威脅人類在農業、林業和漁業中對自然界生物學生產能力的利用。所以，大氣中二氧化硫的污染會引起水、土壤、微生物、植物、動物和人的一系列連鎖反應的變化，也就是引起生態系統的變化。
生態系統中物質循環受一系列調節機制的支配，并且生態系統本身有一種固有的緩沖能力。人類是生態系統的一個組成部分，人類能夠利用自然界的生物生產能力，而人類活動所產生的殘余物質也參加到生態系統之中，造成水、空氣和土壤的污染。對于人類來說，最為重要的是，不應當讓人類活動的影響使整個生態系統的調節機制失去作用。
自然環境的各結構單元之間和各組成要素之間既然存在著這樣“牽一發而動全身”的聯系，因而它對刺激有一定的調節作用和緩沖能力。但是，如果刺激超過了環境的緩沖能力，就會使環境質量向刺激的方向變化。如果污染物質大量地、源源不斷地排入環境，超過了環境的自凈能力，那就會造成環境污染，使環境質量變壞。
環境是從屬于一定人類社會的生態系統。但水并不只是局限于水圈本身，而同時存于巖石圈、大氣圈及生物圈之中，并成為重要的能量運動和物質轉換的巨大動力。特別是水作為生物（包括人類）本身的組成部分的不可替代性，在這個系統中起著重要的或稱為“決定性”的作用。以上是水在成為資源以前，對水在整個生態系統中的宏觀總體而言。
這里所討論的“水環境”是在水作為“資源”被開發利用之后的“具體”環境問題。即指水資源在開發利用中引起的環境問題，以及其它資源開發、人類活動對水資源本身的影響。其具體內容包括以下幾個方面：
大型水利工程（如跨流域調水、巨型攔河壩等）對氣候、生物及其它自然環境的影響；
人類活動對水土流失的影響；
灌溉不當引起的土壤次生鹽漬化；
森林植被的砍伐、營造對蒸發、降水、徑流（河川洪、枯水量及地下水等）的影響；
湖泊、沼澤地的開發利用、疏干等對小氣候環境的影響；
水利工程誘發地震、滑坡；
過量開發地下水引起的干旱沙化、地面沉降、海（咸）水入侵及水質變劣等；
人類活動引起的水污染；
其它水環境問題。
必須指出，并非所有的水環境問題都是不利于人類的，許多有益于人類的“水環境”問題都已包含在“水利”這一含義的生態環境效益之中。這里所要討論的是指一些非益于人類的環境問題。
打開世界地圖，或者看一看地球儀，我們所居住的巨大的地球，其表面大部分為藍色的海洋所覆蓋。它占據著地球面積的2／3，它的平均深度大約為3800米。海洋是一個浩瀚的“水庫”。如果把整個海洋的水平鋪在地球表面，其水層厚度可達2800米。在大陸上和大陸間還有許許多多的海灣、內陸湖泊、大大小小的淡水湖、河流、冰川，這里面也都積存著大量的水，此外在大氣中存在著水蒸氣，地層中還蓄存有大量地下水，地球上大約有14億立方公里的水！地球上存在著這么多的水，是哪里來的？這個問題，目前尚未定論，可以肯定，隨著科學的發展和進步，這個問題將得出肯定回答。現今有一種看法認為，地球上的水與地球的發生和發展有著密切的聯系，水是地球演化過程中的一種產物，在地殼形成的初期，由于火山噴發的原因，從地球內部釋放出大量的氣體，這些氣體的主要成分是水蒸氣和二氧化碳，其次還含有氮及其它微量氣體。當地殼表層的溫度逐漸冷卻到足以使水蒸氣凝結的時候，大部分的水蒸氣凝結成為液態的水，這些水匯集到硬質地殼的低洼部分，形成現今地球上的海洋和天然湖泊。由于地表存在著蒸發、植物蒸騰與凝結、降水，即大小循環，地球表層的水始終是在運動著，通過水的循環過程，淡水不斷補給地表逕流和地下水。為人類利用不斷地提供豐富水源。
自然條件下的水由于氣溫的變化，以三種不同的狀態存在于自然界。大體上，地球的南北兩極地區和高山雪線以上的地帶，由于氣溫常年都在O℃以下，水則以固體狀態的冰雪終年堆積著。靠近赤道的地區，由于氣溫常年都在℃以上，地表的水總是以液體形式存在。而處于以上兩個地帶之間的廣大中緯度地帶，由于氣候的四季變化，河流和湖泊往往有一個封凍時期，在一些地區，甚至隨著晝夜的更替，地表水的液、固態也隨著變化。水存在的狀態及其轉化、水的利用、水對環境的作用和水在自然條件下的凈化能力對生態環境影響很大，在地球化學上也有很大的意義。
前面已談過水與生命是不可分離的。水在國民經濟建設和我們日常生活中都是十分重要的，特別是隨著我國社會主義建設事業的飛速發展，對淡水的需要和利用越來越廣泛。水為什么會如此重要？這和水具有特異的物理化學性質有關。那么，水有哪些重要的物理化學特性呢？
首先，水具有良好的溶解性能，它能溶解各種固態的、液態的和氣態的物質。水中能溶解氣體，魚的呼吸和水中進行的氧化作用，都是因為水中溶解有氧氣。水中通常還溶解有二氧化碳等氣體。水中溶解氧的含量對水生生物有很大的影響，當水體被易于氧化的有機質污染時，由于氧化作用進行得很快，水不能從空氣中很快地把氧補充進來，溶解氧逐漸消耗減少，以致造成水中溶解氧含量過低，使魚類等窒息死亡。在這種情況下，厭氣菌繁殖起來，有機物發生腐爛，使水體發出臭氣。因此，水中溶解氧的含量多少與水體的自凈能力有密切的關系。
水的溶解作用，在地理環境中具有重要的意義。當大氣降水，降落地面，由地形高的部位，經山坡流向平原，再匯集到河流、地下水或海洋中。在這個過程中很多其它物質會溶解進來，在地質時期，由于這一作用而形成沉積礦床。現今我們所開采的石灰巖，就是在地質時期海洋中碳酸鈣沉積而成。因為水是一種特別好的溶劑，所以它又是造成水體污染的一個主要因素。在工業和農業生產中施用或排出的化學物質，可以借助于水的這種溶解性，隨水流而擴大其污染范圍。
水所以具有這些物理化學特性，是和水分子的結構有密切關系的。水是由氫和氧兩種元素化合而成，它的最簡單的分子式是H2O，從它的分子式可以看出，水是由二個氫原子和一個氧原子組成。當氫氣在空氣中燃燒，就會有水氣生成，這是由于氫和空氣中的氧化合形成了水。
水能和活潑的金屬作用放出氫，能與許多氧化物作用生成堿，與非金屬氧化物生成酸。
酸與堿在水中發生中和作用形成鹽。一些礦物與水分子結合生成結晶水化合物，即金屬礦物里含有結晶狀態的水，水在理化性質上的這些特點，都與水的化學結構特點有關。
在自然界存在著大量的天然水。按照天然水存在的地方不同，可分為大氣水、地表水和地下水三大類。大氣水指大氣中含的水分，包括雨雪水；地表水包括湖泊水、河水、海水；地下水是指存在于土層和巖石層內的水。天然水不是存在于真空中，它總是要和外界環境密切接觸。水是一種良好的溶劑，能溶解各種固態的、液態的和氣態的物質，當天然水在其運動過程中，和大氣、土壤、巖石等物質接觸，許多物質就會進入水中。
天然水里通常含有三大類物質：溶解物質、膠體物質和懸浮物質。天然水中常常溶有各種鈣、鎂、鈉、鐵、錳、硅、鋁、磷等的鹽類或化合物，還溶有氧和二氧化碳等氣體。
天然水中的膠體物質包括硅膠、腐殖質膠體等。天然水中還存在有大量的非溶解性物質，包括粘土、砂土、細菌、藻類，還有其它漂浮物質。當天然水與工業排放的廢氣、廢水接觸或受到農業施用的農藥和化肥影響時，也會造成水質污染，這樣的水，就會給生物和人體健康帶來危害。
在降水過程中，水首先是和大氣接觸，大氣中的一些物質就會進入雨水中，除了溶解一部分化學元素或化合物外，大氣中的其它氣體，大氣中的塵埃、煤煙以及其它雜質也被搜羅進來。因各地區的環境條件不同，大氣中的化學成分也有變化，使降水的成分受到影響，例如：在沿海地區，降水中的海鹽成分氯化鈉的含量往往高于內陸地區，而內陸地區大氣成分中硫酸鹽含量較高。熱帶和寒帶，大氣化學成分都有所不同。最近一個世紀，特別是最近幾十年來，由于工業排放的廢氣中含有大量的化學物質，使空氣被污染。由汽車排出的廢氣中所含的鉛每年達數十萬噸，這些鉛以氣溶膠的形式漂浮在大氣中。另據估計，每年排放到大氣中的二氧化碳、一氧化碳、氧化硫、碳氫化合物、氧化氮、煙粒等有近百萬噸，這些物質進入大氣后，對降水的成分發生影響。從局部地區的大氣來看，工業廢氣的影響是很大的。有些地區降水的成分分析結果表明，除了自然來源的物質外，還含有工業來源的酚、氰汞、砷等微量有害成分。
當降水與地面接觸以后，再溶解土壤、巖石中的各種成分，當土壤和巖石的化學成分不同時，也會影響到地下水、地表水的成分，因此河水、地下水和湖泊水的化學成分變化較大。
地下水主要是由于雨水滲入地下，地面水通過河床滲入地下而形成的，當雨水或地面水滲入地下時，沿途就溶解了各種物質，所以地下水中的化學成分的濃度一般高于河水，硬度較大。另一方面，雨水或地表水通過土壤滲入地下時，濾去了水中原有的塵埃、細菌等雜質，因此地下水在物理特性方面比較良好，清澈透明，很少有懸浮物質。
工業排放的廢水對地表水和地下水的影響非常大。有些河流中常常受到硝酸鹽、氟、砷、硒、汞、鉛、鎘、滴滴涕、六六六等的污染。如果一條河流的上游有鉛鋅礦，與鉛鋅礦共生的礦物成分鎘，在河水中的含量就會偏高；如果一個水庫上游有鉻礦，其水庫中水的鉻含量就會偏高。
總之，無論是降水、地表水和地下水都不是純凈的，看起來清澈透明的水，也溶有多種化學成分，而且有些成分的含量相當高。
水質的污染
人們天天都在說保護水資源，可現在的水污染卻日益嚴重。
2002年5月18日，安徽省阜陽市潁州區十里井村一名17歲的少年在村外七里長溝提水時，不慎落入水中，附近工廠的職工和路過此地的數名農民相繼跳入水中搶救，結果5人當場死亡，1人在醫院搶救時死亡，4人中毒。經過尸檢報告和專家分析結果顯示，造成這場悲劇的直接原因是：被嚴重污染的河水中散發出大量硫化氫氣體，使提水少年和趕來搶救的人員中毒而窒息死亡。七里長溝無罪，禍首是污染。七里長溝是阜陽市的主要排污溝，城區大部分的工業廢水、生活污水由此排入潁河，長期的嚴重污染使七里長溝變成了“害人河”。
人類的活動會使大量的工業、農業和生活廢棄物排入水中，使水受到污染。目前，全世界每年約有4200億立方米的污水排人江河湖海，污染了5．5萬億立方米的淡水，這相當于全球徑流總量的14％以上。
1984年頒布的《中華人民共和國水污染防治法》中為水污染下了明確的定義，即水體因某種物質的介入，而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特征的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態環境，造成水質惡化的現象稱為水污染。